大環状糖クラスターを用いる細胞認識のシミュレーション

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13490021
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 青山 安宏 京都大学, 工学研究科, 教授 (00038093)
• 研究分担者: 山東 信介 京都大学, 工学研究科, 助手 (20346084)
• キーワード: 人工ウイルス / 遺伝子運搬 / 肝細胞 / エンドサイトーシス / 量子ドット / プロテオグリカン / コンドロイチン硫酸 / 遺伝子診断

研究概要

カリックスレゾルカレン骨格を利用した大環状糖脂質が形成するグリコクラスターナノ粒子で核酸を化学量論的に覆った「人工グリコウイルス」を開発し、ジーンデリバリーに新機軸をうちたてた。特に、末端ガラクトース基を有するラクトース残基を3個導入した単量体グリコウイルスが肝細胞に対して大きな遺伝子導入効率と選択性を持うことを明らかにし、ネズミを用いた実験からin vivoの条件でも有効に機能することを見出した。一方、大環状骨格にコンドロイチン硫酸鎖を4本導入した「人工プロテオグリカン」はフィブロネクチン/インテグリンを介した細胞接着をきわめて効率よく阻害することを見出した。
量子ドットを糖鎖で覆うことに世界で始めて成功し、これを用いた検討から細胞の飲作用(エンドサイトーシス)のゲストサイズ依存性を明らかにした。これにより、50nm程度の「ウイルスサイズ」が細胞への取り込みにもっとも有効であることが分かり、遺伝子/薬物運搬体の設計に重要な指針が得られた。
遺伝子の検出に関しては標的遺伝子上で自己切断を起こすTASC(Target-assisted self-cleavage)プローブを開発し、遺伝子の塩基配列シグナルを非PCR的に増幅できることを明らかにした。これにより、大腸菌などを生きたままの状態で遺伝子診断できることを示した。
さらに、核酸を二重に進化させるSELEX法を開発し、これによりタンパク質の活性中心に親和力をもつ核酸の自己増殖系を確立した。

研究成果

• [文献書誌] O.Hayashida, K.Mizuki, K.Akagi, A.Matsuo, T.Kanamori, T.Nakai, S.Sando, Y.Aoyama: "Macrocyclic Glycoclusters. Self-Aggregation and Phosphate-Induced Agglutination Behaviors of Calix[4]resorcarene-Based Quadruple-Chain Amphiphile with a Huge Oligosaccharide Pool"J.Am.Chem.Soc.. 125・2. 594-601 (2003)
• [文献書誌] Y.Aoyama, T.Kanamori, T.Nakai, T.Sasaki, S.Horiuchi, S.Sando, T.Niidome: "Artificial Viruses and Their Application to Gene Delivery. Size-Controlled Gene Coating with Glycocluster Nanoparticles"J.Am.Chem.Soc.. 125・12. 3455-3457 (2003)
• [文献書誌] T.Nakai, T.Kanamori, S.Sando, Y.Aoyama: "Remarkably Size-Regulated Cell Invasion by Artificial Viruses. Saccharide-Dependent Self-Aggregation of Glycoviruses and Its Consequences in Glycoviral Gene Delivery"J.Am.Chem.Soc.. 125・28. 8465-8475 (2003)
• [文献書誌] S.Sando, T.Sasaki, K.kanatani, Y.Aoyama: "Amplified Nuclein Acid Sensing Using Programmed Self-Cleaving DNAzyme"J.Am.Chem.Soc.. 125・51. 15720-15721 (2003)
• [文献書誌] Y.Aoyama: "Macrocyclic Glycoclusters. From Amphiphiles through Nanoparticles to Glycoviruses"Chem.Eur.J.. 10・3. 588-593 (2004)
• [文献書誌] N.Tomita, S.Sando, T.Sera, Y.Aoyama: "Macrocyclic Proteoglycan Mimics. Potent Inhibition of Cell Adhesion by a Bundle of Chondroitin Sulfate Chains Assembled on the Calix[4]resorcarene Platform"Bioorg.Med.Chem.Lett.. (in press).
• [文献書誌] 青山安宏: "ナノバイオエンジニアリング"化学同人. 127-133 (2004)